南宁某幼儿园基础选型设计

□ 孙 昌 黄培能

1   工程概况

某幼儿园位于南宁市五象新区龙岗大道中段，建筑层数为3层，各层层高均为5m，建筑总高度约15.30m，屋面局部为坡屋顶形式。建筑平面布局有3栋矩形平面加上部分连廊构成部分内凹的内部庭院空间，平面尺寸长约86m，宽为38.70m。在H轴与J轴之间设置抗震缝形成两个独立的抗震单元，建筑立面造型较复杂，项目建筑效果见图1。

图1 某幼儿园建筑效果图

2   上部结构设计

南宁市抗震设防烈度为7°[1]，设计基本地震动加速度为0.10g，设计地震分组为第1组，场地土类别为Ⅱ类。幼儿园的抗震设防类别为乙类，风荷载按50年一遇取值即0.35kN/m2；主要楼面附加恒载考虑隔声楼板的要求采用2.20kN/m2，活荷载按规范取值，其中屋面局部为种植屋面形式，活荷载按屋顶花园取值为3kN/m2。

幼儿园采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，框架抗震等级为二级，主要框架柱截面尺寸为600mm×600mm，框架梁截面尺寸为300mm×700mm。二层活动中心柱网尺寸较大，柱距11.60m，该区域采用单向密肋梁楼盖体系，梁截面尺寸300mm×600mm。

3   地质情况

场地分布的地层自上而下依次为人工填土的杂填土①；第四系残积成因红黏土②、红黏土②1；下伏基岩为泥盆系灰岩③和④，描述如下：

（1）杂填土①：黄褐色，稍湿，成分以黏性土为主，夹杂建筑垃圾、碎石和植物根系，孔隙大，松散状态，土质不均，填土回填时间小于5y。重型动探试验修正后锤击数N=2击/10cm～4击/10cm，标准值N=2.50击/10cm，现场揭露层厚为0.20m～6.10m。

（2）红黏土②：棕红色、褐黄色，稍湿，硬塑状态，局部可塑，切面稍光滑，稍有光泽，干强度高，韧性中，无摇振反应，夹杂少量黑色铁锰质结核，局部夹有孤石、硅质岩角砾，靠近岩面底部夹少许灰白色石灰岩角砾。标准贯入试验修正后锤击数N=10.40击/30cm～14击/30cm，标准值N=11.70击/30cm。该层在场地大部分区域均有分布，层厚0.60m～13.30m，平均厚度6.40m。

（3）红黏土②1：褐黄色、灰黄色，湿，以可塑状为主，局部呈软塑状，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，切面光滑，稍有光泽，局部夹有孤石，硅质岩角砾，靠近岩面底部夹杂少量灰白色石灰岩角砾。标准贯入试验修正后锤击数N=5击/30cm～10击/30cm，标准值N=6.10击/30cm。该层在场地大部分区域均有分布，层厚0.60m～14.31m，平均厚度3.02m。

（4）较破碎石灰岩③：灰白色、灰色，隐晶质结构，块状构造，风化强烈，节理裂隙发育，有方解石脉发育，岩芯破碎，岩芯被溶蚀，一般呈碎块状，块径一般在20mm～80mm，采取率不高，局部夹杂有少量黏性土，岩石坚硬程度属较硬岩，岩体完整程度属破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层在场地大部分区域均有分布，分布不均匀，局部厚度较大，层厚0.20m～9.80m，平均厚度2m。

（5）较完整石灰岩④：灰白色、灰色，隐晶质结构，中风化状态，中厚—厚层状构造，节理裂隙有发育，有方解石脉发育，岩芯多呈短柱状、长柱状产出，一般长在50mm～300mm，岩石质量指标较好，岩芯采取率多在90%以上。岩石单轴饱和抗压强度标准值54.89MPa，岩石坚硬程度属较硬岩，岩体完整程度属较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ级，该层在场内全部区域均有分布，为场地稳定分布地层，勘察时未钻穿该层，最大揭露厚度14.80m。

（6）场地岩溶发育情况。拟建场地处于岩溶发育地段，不良地质作用主要为岩溶，主要表现为岩溶洞隙，局部有岩溶沟槽发育。在224个钻孔中有106个钻孔揭示有岩溶洞隙，遇洞率47.32%，线溶率10.22%，属岩溶强烈发育地段。勘察后可知岩溶洞隙大部分存在于强风化较破碎石灰岩层中，洞隙高度0.30m～3.60m，洞底标高50.74m～70.22m，发育强烈，由可塑状红黏土填充。场地岩溶尚在发育中，对工程建设有一定的影响。

各岩土层主要参数建议值见表1，桩基设计参数建议值见表2，典型工程地质剖面见图2。

表1 各岩土层主要参数建议值

表2 桩基设计参数建议值

图2 典型工程地质剖面图

4   基础选型

场地原状地面标高在69.78m～73.60m，一层室内地面±0.000标高相当于绝对标高79.25m，可见场地的土方回填量较大。结构专业在建筑方案设计阶段参与了项目的咨询，由于场地尚未进行土方平整，因此考虑两种基础选型方案：一是场地先平整至设计室内地面标高，采用桩基础，桩基持力层采用较完整石灰岩④层，桩基础施工完成后再施工承台及首层的梁、板；二是考虑到上部结构荷载不大，采用柱下独立基础，以红黏土②层为基础持力层，待基础施工完毕后施工框架柱至一层地面，回填土方，再施工首层的梁、板[2]。

4.1 桩基础方案

在场地清表后逐层回填土方，压实。按照规范的要求对应每根柱下布置施工勘察钻孔，钻孔深度需满足桩端持力层以下5m深度范围内持力层完整，无溶洞、裂隙等不良地质条件。桩基方案拟选用800mm桩径的旋挖钻孔灌注桩，单桩抗压承载力特征值为4700kN，大部分采用一柱一桩的布置形式，在抗震缝处采用两柱一桩，承台厚度为900mm。桩端进入持力层石灰岩④层不小于500mm。桩基础方案（局部平面）布置如图3所示。

图3 桩基础方案（局部平面）

根据地质剖面图估算最长桩长约35m,平均桩长约31m，桩基总数量为79根。桩基完成后需进行桩基承载力及完整性检测。桩承载力检测数量不少于1%及3根，桩完整性检测数量不少于30%。

4.2 柱下独立基础方案

根据柱距选用双柱或单柱独立基础，在A轴交13轴附近，由于场地的限制，局部采用筏板基础。柱下独立基础阶数均为二阶，基础高度为500mm～1000mm。采用柱下独立基础时，在基础面—首层地面标高段需增设框架柱，柱截面尺寸为600mm×600mm。柱下独立基础的混凝土标号采用C30，基底设置C20素混凝土垫层。基础按设计尺寸开挖后至持力层，需进行施工勘察（钎探），保证基底持力层完整且无软弱土层、土洞等不良地质。施工勘察孔的布置按规范要求布置，每个柱下独立基础下布置3个～5个孔点。柱下独立基础方案（局部平面）见图4。

图4 柱下独立基础方案（局部平面）

4.3 两种基础方案比较

从基础完成的时间来看，桩基础施工完后需要进行养护，并进行桩基检测，包括承载力检测以及桩身完整性的检测；而独立基础无须检测，节省了工期。

从基础持力层可靠性验证角度来看，桩基础需要进行超前钻，需要验证桩端以下3.0D（D为桩身直径）以及5m范围内不得有溶洞等不完整的灰岩；柱下独立基础需要验证持力层1.5b（b为基础宽度）及3m。由于桩基持力层是强度较高的灰岩，需要采用重型设备方可实施；而柱下独立基础的持力层是黏土层，采用轻型的触探设备即可满足要求，在检测难度和时间上均大大少于桩基础。

从施工质量控制的角度来看，桩基施工需要在深厚的填土层进行，而且填土时间较短，施工时为保证不塌孔，需要增加钢套管或者采用泥浆护壁，额外增加了施工措施费用。

从成本控制角度比较来看，两种基础方案的基础工程造价见表3。从表中可以看出，柱下独立基础更为经济，直接费用节省40%左右。

表3 基础工程造价比较

从结构安全性角度来看，由于场地岩溶发育，且持力层起伏较大，采用柱下独立基础时需进行岩溶稳定性分析，保证在设计基准期内不会由于岩溶的发育影响持力层的稳定性；而采用桩基础可避免岩溶稳定性分析。

综合以上最终采用柱下独立基础的方案。为验证土方回填施工过程对框架柱是否造成损伤，对混凝土框架柱全数补充低应变检测，结果显示框架柱均完好。目前项目已经竣工使用1年，状况良好。

4.4 岩溶稳定性分析

选用柱下独立基础时，需要考虑在设计使用年限内溶洞的稳定性对基础的影响。由于影响岩溶稳定性的因素很多，目前的勘察手段一般也难以查明岩溶特征，对岩溶稳定性的评价仍然以定性和经验为准。依据《广西岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ 45/024—2016）[4]第5.2.3条岩溶地基稳定性评价的类比法和项目的地质勘查报告，对幼儿园的岩溶地基稳定性评价：一是场地的地质构造无断裂、褶曲、裂缝强烈发育但均有填充。二是岩层产状的走向与溶洞轴线垂直，岩性呈厚层块状，岩层强度高。三是溶洞埋藏较深，覆盖层厚度不少于4m，溶洞尺寸与柱下独立基础尺寸相比，相对较小；个别的尺寸较大的溶洞位于建筑物的边缘且离拟建建筑物5m的距离；溶洞呈竖井状、裂隙状，单一分布，没有形成片状分布；溶洞顶板的厚度与洞跨比值大，顶板呈平板状；溶洞充填可塑状的红黏土，且无被水的可能性。四是拟建的幼儿园为3层建筑物，荷载较小。因此，综合上述评价，幼儿园的岩溶地基属于稳定的岩溶地基。

5   首层平面结构梁、板设计

由于填土较深，无论是采用桩基础还是柱下独立基础方案首层梁、板结构作为地下工程的一部分均应满足一定的刚度要求。项目的结构嵌固端设置在首层地面，首层框架梁截面为（300mm×700mm）～1000mm，结构板厚120mm～150mm。考虑到回填土的施工要求，现浇板与梁采用叠合后浇的形式。经计算，×向的结构刚度比2.32，Y向的结构刚度比2.41，均满足嵌固刚度比不小于2的要求[3]。一层结构梁、板后叠合浇筑大样见图5。

图5 一层结构梁、板后叠合浇筑大样图

6   结语

在项目前期设计阶段，建筑场地的平整与基础选型有很大的关系，合理的施工顺序可以为项目节约工期及建造成本。本文对基础选型进行了桩基础与柱下独立基础的两种方案比选，结合工期及造价来综合考虑其方案的优劣性，选定柱下独立基础作为实施方案，有效地控制了结构的经济性及合理性。